Hydrodenitrogenation and Hydrodesulphurization of Heavy Gas Oil Using NiMo/Al2O3 Catalyst Containing Phosphorus: Experimental and Kinetic Studies

Authors

  • D. Ferdous,

    1. Catalysis and Chemical Reactor Engineering Laboratories, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, 57 Campus Drive, Saskatoon, SK, Canada S7N 5A9
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  • A. K. Dalai,

    1. Catalysis and Chemical Reactor Engineering Laboratories, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, 57 Campus Drive, Saskatoon, SK, Canada S7N 5A9
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  • J. Adjaye

    Corresponding author
    1. Syncrude Canada Ltd., Edmonton Research Centre, 9421-17th Avenue, Edmonton, AB, Canada T6N 1H4
    • Catalysis and Chemical Reactor Engineering Laboratories, Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, 57 Campus Drive, Saskatoon, SK, Canada S7N 5A9
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Abstract

In this work, a systematic study has been conducted to optimize the process conditions and to evaluate kinetic parameters for hydrodenitrogenation (HDN) and hydrodesulphurization (HDS) of heavy gas oil derived from Athabasca bitumen using NiMo/Al2O3 catalysts containing phosphorus (P). In the catalyst, the concentration of phosphorus was maintained at 2.7 wt%. Experiments were performed in a tickle-bed reactor at the temperature, pressure and liquid hourly space velocity (LHSV) of 340-420°C, 6.1-10.2 MPa and 0.5-2 h−1, respectively. H2 flow rate and catalyst weight were maintained constant at 50 mL/min and 4 g, respectively in all cases. Statistical analysis of all experimental data was carried out using ANOVA to optimize the process conditions for HDN and HDS reactions. Kinetic studies for HDN and HDS reactions were studied within the temperature range of 340-400°C using the power law model as well as the Langmuir-Hinshelhood model. The power law model showed that HDN and HDS of heavy gas oil follow first order kinetics. The activation energies for HDN and HDS reactions from the power law and Langmuir-Hinshelwood models were 94 and 96 kJ/mol and 113 and 137 kJ/mol, respectively.

Abstract

Dans ce travail, on a mené une étude systématique dans le but d'optimiser les conditions de procédé et d'évaluer les paramètres cinétiques de l'hydrodénitrogénation (HDN) et de l'hydrodésulfuration (HDS) de gazole lourd dérivé de bitumes d'Athabasca à l'aide de catalyseurs NiMo/Al2O3 contenant du phosphore (P). Dans le catalyseur, la concentration de phosphore est maintenue à 2,7 % en poids. Les expériences sont effectuées dans un réacteur à lit ruisselant à une température, une pression et un volume par volume par heure (LHSV) de 340-420 ºC, 6,1-10,2 MPa et 0,5-2 h−1, respectivement. On a maintenu constants le débit de H2 et le poids du catalyseur à 50 mL/min et 4 g, respectivement, dans tous les cas. L'analyse statistique de toutes les données expérimentales a été effectuée à l'aide d'ANOVA afin d'optimiser les conditions de procédé pour les réactions d'HDN et HDS. Les études cinétiques pour les réactions d'HDN et HDS ont été menées pour une gamme de températures de 340-400 ºC à l'aide du modèle de loi de puissance et du modèle de Langmuir-Hinshelhood. Le modèle de loi de puissance montre que l'HDN et l'HDS du gazole lourd suivent une cinétique de premier ordre. Les énergies d'activation pour les réactions d'HDN et HDS des modèles de loi de puissance et de Langmuir-Hinshelwood sont de 94 et 96 kJ/mol et de 113 et 137 kJ/mol, respectivement

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